Способ электрических измерений с применением параметрического мостового преобразователя Советский патент 1992 года по МПК G01R17/10 

Изобретение относится к измерениям физических величин, преобразуемых в значения активного сопротивления, емкости или индуктивности. Может быть использовано в системах автоматической телеметрии с цифровой обработкой получаемой информации.

Известен способ электрических измерений, предусматривающий определение значения напряжения или тока на выходной диагонали параметрического мостового преобразователя при электрическом воздействии на диагональ питания. Этот способ позволяет получать измерительную информацию в аналоговой форме, что приводит к снижению его точности и быстродействия при регистрации и обработке данных.

Известны цифровые измерительные системы с аналого-цифровым преобразованием на выходе, содержащее измерительный

преобразователь (датчик) с аналоговым выходом, например, индуктивный параметрический мостовой преобразователь, аналоговое согласующее устройство и аналого-цифровой преобразователь. Структура аналогового согласующего устройства известных систем зависит от требуемых схем включения, характера сопротивлений преобразовательных элементов, чувствительности, спектрального состава питающего напряжения и, соответственно может состоять из целого ряда аналоговых преобразовэ- телей. Применение аналоговых преобразователей в составе согласующих устройств усложняет и удорожает измерительные средства, особенно при повышенных требованиях к быстродействию и точности измерений. Вследствие этого в известных измерительных системах метрологические возможности параметрического мостового преобразователя ограничиваются.

ч# ч

fe

Ч|

а

ю

g

Наиболее близким техническим решением является известный способ электрических измерений, заключающийся в том, что определяет постоянную времени электрической цепи (г) , изменяемый, в частности, для определения параметров индуктивных дифференциальных датчиков, включаемых по схеме параметрического мостового преобразователя. При з гом измеряют значения постоянных времени делящих ветвей мостовой схемы и разность этих значений для каждого получаемого одиночного отсчета информации.

Недостаток известного способа заключается в его ограниченном быстродействии из-зз необходимости временных затрат на измерение значении постоянных времени в процессе получения информации. Это ограничение не позволяет осуществить точные измерения в динамическом режиме работы датчика, когда точность измерений определяется количеством отсчетов в единицу времени.

Целью изобретения является повышение быстродейст вия и точности электрических измерений с применением параметрического мостового преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе электрических измерений с применением параметрического мостового преобразователя, заключающемся в том, что определяют постоянную времени электрической цепи (т) . воздействуют на входную диагональ измерительного моста импульсами с периодом (Т), значение которого выбирают в пределах 0,1 г , производят сравнение на выходной диагонали измерительного моста разности мгновенных значений напряжений переходных процессов экспоненциальной Формы с опорным значением и измеряют длительность импульсов.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства работающего лс предлагаемому способу; на фиг. 2 представлен пример принципиальной схемы устройства ( варианты включения преобразовательных и добавочных элементов мостового параметрического преобразователя(Ь, с, d): на фиг. 3 показаны рременные диаграммы работы устройства и установившемся режиме.

Устройство для электрических измерений физических величин, реализующее предлагаемый способ (фи; I), содержит источник импульсного питания 1, параметрический мостовой преобразователь 2, источник опорного напряжения 3. сравнивающий элемент 4 и измеритель длительности импульсов 5.

Перед использованием устройства определяют значения постоянных времени делящих ветвей моста (z1, z3 и z2, z4). При этом для индуктивных преобразовательных элементов дифференциального индуктивного датчика (z3, z4) выбирают активными добавочные сопротивления (z1, л2), для емкост0 ных преобразовательных элементов (z1, z2) дифференциального емкостного датчика выбирают активными добавочные сопротивления (z3, z4), а для активных преобразовательных элементов дифференциального

5 резистивного датчика (z1, z2) или (z3, z4) выбирают, соответственно, индуктивными добавочные сопротивления (z3, z4) или емкостными добавочные сопротивления (z1, z2) из расчета обеспечения значений посто0 янных времени делящих ветвей сбалансированного моста равными для каждого случая и с пределах Т гЈ1 ОТ (где Т - требуемое значение периода получения измерительных отсчетов).

5После определения постоянных времени делящих ветвей сбалансированного моста приводят в действие механизм функционально связывающий параметры преобразовательных дифференциальных

0 элементов датчика и измеряемую физическую величину и на входную диагональ (а, Ь) параметрического мостового преобразователя 2 подают импульсы с выхода источника импульсного питания 1 с периодом Т

5 (0.1 т Т г). Далее, в сравнивающем элементе 4 производят сравнение на выходной диагонали (с, d) измерительного моста разности мгновенных, например, положительных значений напряжений переходных

0 процессов экспоненциальной формы с опорным значением, которое задается в источнике опорного напряжения 3 и измерителем длительности импульсов 5, измеряют длительность импульсов, получаемых в ре5 зультате сравнения на выходе сравнивающего элемента 4. Получаемые при этом числовые значения, путем тарировки устройства, приводят в соответствие с измеряемой физической величиной.

0Принципиальная схема варианта устройства, реализующего предлагаемый способ (фиг. 2а) , содержит источник импульсного питания, собранный на логических элементах DD. 1.1 и DD. 1.2. парамет5 рический мостовой преобразователь (R4...R5, L1, L2), например.с дифференциальным индуктивным преобразователем датчика давления типа ИД8 (L1. L2). источник опорного напряжения и сравнивающий элемент, функции которых одновременно выполняет компаратор D.A.1, имеющий порог срабатывания ((определяющий значение опорного напряжения, э также измеритель длительности импульсов 5. Датчики, имею- щие емкостные или активные преобразовательные элементы, могут быть использованы в устройстве с учетом схем их включения, приведенных на фиг. 2Ь, с, d .

На вход моста (R3...R5, L1, L2) с выхода источника DD.1 подавалось напряжение Ш(т.)(фиг. 3)илиимпульсная последовательность типа меандр с размахом 8 вольт. периодом Т 1,5 . сек и при Т 0,9 г.

В точках деления моста (выводы 2, 3) относительно общего провода наблюдались осциллограммы экспонент U2(t) nU3(t).Ha- пряжение разности экспонент прикладываемое ко входам компаратора через ограничивающие резисторы R6 и R7 имело вид (t). При достижении разности экспонент значения д в момент времени t2, что соответствует порогу срабатывания компаратора DA.1, на его выходе появлялся перепад напряжения L)5(t), длившийся до окончания действия положительного импульса питающего напряжения Ui(t) или до момента времени 1з, в который обе экспоненты принимали отрицательные значения. Длительность этого перепада (tui 1з - t2) зависела от соотношений постоянных времени экспонент U2(t) и U3(t). а значит от параметров преобразовательных элементов. Механизм этой зависимости проявляется, например, при встречном изменении параметров преобразовательных элементов, что соответствует уменьшению значения постоянной времени экспоненты L)2(t) и увеличению значения постоянной времени экспоненты Узф за счет соответствующих одновременных изменений параметров преобразовательных элементов под действием измеряемой физической величины. На фиг. 3 после момента времени IA показаны экспоненты с измененными значениями по- стоянных времени. Момент времени, в который разность напряжений L)4(t) достигла значения д при этом переместился влево по отношению к окончанию действия положительного импульса питающего напряже- ния (te). а-длительность перепада (tu2 т.б - -ts) увеличилась. Длительность импульсных перепадов вида tui и tu2 измерялась измерителем длительности импульсов 5 и составляла 0...0.25 . Ю3 сек в зависимости от приращений значений параметров дифференциальной пары преобразовательных

элементов в свою очередь связанных функционально с величиной перемещения сердечника датчика ИД8 в пределах ± 0,3 мм.

Связь между длительностью импульсных перепадов tu и перемещением сердечника датчика линейна и не требует коррекции ввиду малости диапазона встречных приращений постоянных времени делящих ветвей моста ± 1 %. а также величины д (для компаратора типа 554 САЗ А, (5 3.10 В).

Динамический диапазон измерений без особых усложнений, достигнутый на практике с применением в качестве параметрического мостового преобразователя - мостовой схемы включения индуктивного датчика давления ИД8 и компаратора 554САЗА, составил 60 дБ. Погрешность преобразования при этом не превысила 0,5%.

Использование предлагаемого способа электрических измерений с применением параметрического мостового преобразователя позволяет по сравнению с существующими в 2...3 раза повысить точность измерений физических величин, преобразуемых в параметры электрической цепи активное сопротивление, емкость, индуктивность, в основном за счет повышения быстродействия и отсутствия многоступенчатого аналогового преобразования, снизить материальные и трудовые затраты при измерениях физических величин. Экономия здесь состоит в том, что для преобра- зования в цифровой код получаемой информации не требуется аналогового усилителя и аналого-цифрового преобразователя, а сам преобразователь, реализующий данный способ, не сложен, надежен в эксплуатации и прост в настройке.

Формула изобретения Способ электрических измерений с применением параметрического мостового преобразователя, заключающийся в том, что определяют постоянную времени электрической цепи т, отличающийся тем, что. с целью повышения быстродействия и точности измерений, воздействуют на входную диагонапь измерительного моста импульсами с периодом Т, значение которого выбирают в пределах 0,1 т Т г , производят сравнение на выходной диагонали измерительного моста разности мгновенных значений напряжения переходных процессов экспоненциальной формы с опорным значением и измеряют длительность импульсов.

Jj

т1г / .« 1ч

6.DS2

Использование: измерения физических величин, преобразуемых в значения активного сопротивления, емкости или индуктивности, в системах автоматической телеметрии с цифровой обработкой получаемой информации. Сущность изобретения: определяют постоянную времени электрической цепи (т), с целью повышения быстродействия и точности измерений воздействуют на входную диагональ моста импульсами с периодом (Т), значение которого выбирают в пределах 0,1 г Т г . производят сравнение на выходной диагонали измерительного моста разности мгновенных значений напряжений переходных процессов экспоненциальной формы с опорным значением и измеряют длительность импульсов. 3 ил.

ifc wu

iГ

i

A4

#s

#3

TT&

w

to

w

OTc;

.